基于51單片機(jī)的便攜遠(yuǎn)程多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.3 主要的抗干擾措施

對(duì)MAX354的輸入端采用隔離放大器進(jìn)行信號(hào)隔離，采用隔離放大器的變壓器將信號(hào)磁耦合 ,隔離了通路的線路連接,從而切斷了干擾源。這樣對(duì)壓裂設(shè)備上發(fā)動(dòng)機(jī)的干擾有了一定效果的屏蔽作用。

同時(shí)，為了防止單片機(jī)受干擾影響而發(fā)生“死機(jī)”等現(xiàn)象，系統(tǒng)還利用MAX706芯片設(shè)計(jì)了“看門狗”電路，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，如圖-3。 MAX706是一種性能優(yōu)良的低功耗CMOS監(jiān)控電路芯片，其內(nèi)部電路由上電復(fù)位、可重觸發(fā)“看門狗”定時(shí)器及電壓比較器等組成。MAX706只要在 1.6秒時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到WCI引腳有高低電平跳變信號(hào)，則“看門狗”定時(shí)器清零并重新開始計(jì)時(shí)；若超出1.6秒后，WCI引腳仍無高低電平跳變信號(hào)，則“看門狗”定時(shí)器溢出，WDO引腳輸出低電平，進(jìn)而觸發(fā)MR手動(dòng)復(fù)位引腳，使MAC706復(fù)位，從而使“看門狗”定時(shí)器清零并重新開始計(jì)時(shí)，WDO引腳輸出高電平，MAX706的RST復(fù)位輸出引腳輸出大約200毫秒寬度的低電平脈沖，使單片機(jī)控制系統(tǒng)可靠復(fù)位，重新投入正常運(yùn)行。MAX706的控制只需要利用單片機(jī)的P1.5引腳通過簡(jiǎn)單編程實(shí)現(xiàn)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包括兩方面：筆記本電腦的主機(jī)程序和單片機(jī)數(shù)據(jù)采集和發(fā)送的固件程序。其中，主機(jī)程序的編寫可以利用VB語(yǔ)言編寫，串口通信是通過 Microsoft　Visual　Basic的通信編程控件MSComm實(shí)現(xiàn)的。在讀取完串口數(shù)據(jù)后，需要將每通道10次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)平均計(jì)算，這樣可以在一定程度上減小干擾數(shù)據(jù)的影響。

89C52的串行通訊采用工作方式1，波特率是9600bit/s，發(fā)送數(shù)據(jù)采用定時(shí)查詢方式,可以根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間，定時(shí)周期性地讀取存儲(chǔ)的采樣數(shù)據(jù)，以串行方式通過RS-485接口發(fā)送到上位機(jī)。程序采用可讀性較強(qiáng)的C51語(yǔ)言編寫，程序流程圖見固件流程圖-4。在編寫89C52 的程序時(shí)，需要對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于采集的油溫、油壓、井口壓力等數(shù)據(jù)與信號(hào)電壓是線性關(guān)系，通過給定標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電壓測(cè)量一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，就能得出各種數(shù)據(jù)的信號(hào)電壓與測(cè)量數(shù)據(jù)之間的比例關(guān)系。數(shù)據(jù)處理程序是根據(jù)線性比例關(guān)系，先將A/D轉(zhuǎn)換器AD574 采集到的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際測(cè)量值，并將此值按照ANSI/IEEE標(biāo)準(zhǔn)754-1985轉(zhuǎn)換成32位浮點(diǎn)數(shù)，保存在設(shè)定的存儲(chǔ)區(qū)，總共有8組數(shù)據(jù)，需要32字節(jié)的空間來存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)。

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)數(shù)占用一個(gè)雙字（32位）。最高位（第31位）位浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)位，最高位為“0”是為正數(shù)，位“1”時(shí)為負(fù)數(shù)；8位指數(shù)占23-30 位；因?yàn)橐?guī)定尾數(shù)的正數(shù)部分總是為“1”，只保留的尾數(shù)的小數(shù)部分（0～22位）。浮點(diǎn)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是利用很小的存儲(chǔ)空間（4B）可以表示出精確度很高的非常大和非常小的數(shù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算時(shí)提高了精確度。

圖-4 單片機(jī)固件主程序流程圖
4 結(jié)束語(yǔ)

該套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在油田壓裂設(shè)備上成功運(yùn)用。實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，該采集系統(tǒng)不僅輕便易攜帶，能有效防止現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾，而且利用 RS-485總線進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，將油井壓裂作業(yè)過程中的壓裂車的油溫、油壓、井口壓力、泥漿密度，以及其它數(shù)據(jù)保存到筆記本電腦上，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理能力，工程技術(shù)人員能夠及時(shí)分析數(shù)據(jù)結(jié)果，減少了在油井壓裂作業(yè)過程中的事故率